Строительство и Архитектура / Современные
строительные материалы
проф. Байджанов Д.О., ст. преп. Дивак Л.А.,
маг. Русанов А.А., маг. Упашев А.Г.
Карагандинский государственный технический университет,
Казахстан
Эффективные теплоизоляционные
материалы с использованием микросфер
Глава Республики Казахстан Нурсултан Назарбаев в
послании народу Казахстана «НҰРЛЫ
ЖОЛ – ПУТЬ В БУДУЩЕЕ» особое место уделяет модернизации инфраструктуры ЖКХ и
сетей водо- и теплоснабжения, также строительства социального арендного жилья. В последние годы, интерес к
модернизации ЖКХ проявили Европейский банк реконструкции и развития, Азиатский
банк развития, Исламский банк развития и частные инвесторы. В связи с большими
масштабами строительства социального
арендного жилья, указывается увеличение капитальных вложений на сумму 180
миллиардов тенге в течение 2015-2016 годов.
Для этого необходимо снижение стоимости строительства и повышение его
эффективности, что можно достичь за счет применения прогрессивных строительных
материалов, так как на их долю приходится 50-60% стоимости зданий и сооружений.
К числу эффективных строительных материалов, позволяющих существенно снизить материалоемкость
и стоимость конструкций, относятся теплоизоляционные материалы.
Теплоизоляционные
материалы – разновидность строительных материалов характеризующихся малой
теплопроводностью. Разность температур в средах, разделенных ограждением,
приводит к переходу тепла от нагретой среды к холодной или наоборот [1]. Главная цель теплоизоляции состоит в
сокращении энергии, расходуемой на отопление сооружения и ограничения
количества передаваемого тепла. В ходе использования такого вида материалов,
конструкция зданий будут иметь меньший вес, за счет сокращения пользования в
процессе строительства таких материалов, как кирпич и бетон.
Теплова изоляция
выполняет следующие функции.
- создает комфортные
условия для проживания людей в жилых домах;
- снижает тепловые
потери в окружающую среду от объектов (здания, сооружения, оборудования,
трубопроводы и др.);
- способствует
энергосбережению на обогрев жилых и промышленных зданий;
- обеспечивает
нормальный технологический процесс в аппаратах;
- уменьшает температурные
напряжения в металлических конструкциях, огнеупорной футеровки и т.д.;
- сохраняет заданные
температуры в холодильниках и хладопроводящих системах и т.д. [2]
Использование
теплоизоляционных материалов позволяет снизить расход основных конструктивных
материалов, уменьшить транспортные расходы и соответственно снизить стоимость
строительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла отапливаемыми зданиями
уменьшается расход топлива. Многие теплоизоляционные материалы вследствие
высокой пористости обладают способностью поглощать звуки, что позволяет
употреблять их также в качестве акустических материалов для борьбы с шумом.
Изучение структуры
теплопотребления зданий показывает, что оно складывается из компенсации
теплопотерь через ограждающие конструкции, нагрева вентиляционного воздуха и
горячего водоснабжения. Количество тепловой энергии на компенсацию теплопотерь
через ограждающие конструкции по оценке ряда авторов колеблется в пределах
35-45% (в том числе для окон – 17 %) [3] или 28-35 % (в том числе для окон –
14%) [4].
Тем самым основная
часть ответственности за сохранение тепла ложится на части здания, которые
более всего контактируют с окружающей средой, участвуя в теплообмене. Это
стены, крыша и пол строения. Именно через них тепло покидает помещение, а холод
попадает внутрь. Использование энерго сберегающих материалов позволяет уменьшить
толщину стен, сократить время их возведения, снизить итоговую стоимость
строительства.
Также необходимо не
забывать, что в условиях современной индустрии производство основных материалов
и изделий всё в большей степени оценивается по параметрам используемого сырья.
Прогрессивной тенденцией в материалоёмких отраслях является превращение
промышленных отходов в сырьё, пригодное для индустриального использования. Это
в полной мере относится и к золам ТЭС, ГРЭС и т.д.
Одним из наиболее
ярких примеров является теплоизоляционные изделия на основе полых микросфер
Атасуйской ГРЭС, разработанные учеными Карагандинского Государственного
Технического Университета. Исследования показали возможность использования
микросфер золы уноса Атасуйской ГРЭС в качестве наполнителя при изготовлении
теплоизоляционных материалов [5].
В конечном результате
мы получаем теплоизоляционный материал на основе отходов с заданными
теплотехническими данными (рис. 1), что приводит к минимизации затрат на сырье
материала. А также к экономии использования материалов в строительстве, так как
уменьшается толщина изделий, затрат на ее возведение и экономическая выгода в
эксплуатации теплоизоляционных изделий, что в конечном итоге приводит к
сокращению затрат на электроэнергию.
|
|
|
|
Рисунок 1 - Теплоизоляционные изделия на основе
ценосфер |
|
В таблицах 1 - 2 приведены результаты измерения параметров теплофизических
характеристик ценосфер (полых
микросфер зол уноса) различных ГРЭС Казахстана
и усредненных значений ТЭС России. Вместе с тем, в
зависимости от конкретной ТЭС, ГРЭС некоторые из характеристик могут
иметь значительные вариации [6].
Таблица 1.
Теплофизические характеристики ценосфер (полых микросфер зол уноса) различных
ГРЭС Казахстана.
|
Источник ценосфер |
Плотность насыпная,
кг/м3 |
Коэффициент
теплопроводности, Вт/(К∙м) |
|
Зола уноса Аксуйской
ГРЭС |
460 |
0,121 |
|
Зола уноса
Экибастузской ГРЭС |
420 |
0,128 |
Таблица
2. Теплофизические характеристики ценосфер (полых микросфер зол уноса)
различных ТЭС России.
|
Источник ценосфер |
Плотность насыпная, кг/м3 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(К∙м) |
|
Усредненое значение
19 ТЭС
России |
340 |
0,121 ….0,232 |
Хотелось бы отметить, что специалистами РФЯЦ-ВНИИЭФ
также ведется разработка
ряда материалов с
использованием микросфер. Например,
на основе неорганических связующих
(алюмофосфата или силиката
натрия) и микросфер
в качестве наполнителя
разработаны негорючие теплоизоляционные пористые материалы. В
готовом виде они представляют собой низкоплотный жесткий материал, хорошо
поддающийся механической обработке[6]. Разработанный
материал показан на рис. 3.
Рис 3. Теплоизоляционный материал.
Микросферы являются превосходным наполнителем
также при производстве изделий из пластмасс, гипса, керамики, облегченных
цементов, и других строительных
материалов. Зольные микросферы со своими техническими характеристиками и
потенциальным промышленным ресурсом могут конкурировать с такими широко
используемыми материалами, как промышленные стеклянные микросферы, легковесные
теплоизоляционные материалы и другие композиционные материалы [6].
При разработке изделий
из дешевых материалов с заданными теплофизическими данными решают целый
комплекс других задач, как удешевление строительства, улучшение качества,
утилизация отходов промышленности, сокращение затрат на топливо для
обогрева помещения и энергосбережение. Решение таких задач в настоящее время
являются, как никогда необходимым и важным,
взять только
вопрос энергосбережения, который затрагивает практически все основные
стратегические документы Республики Казахстан, среди которых:
- Концепция перехода Республики Казахстан к
устойчивому развитию на 2007-2024 годы.
- Стратегия индустриально-инновационного
развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы.
- Отраслевая
программа модернизации жилищно-коммунального хозяйства до 2020 года.
- Программа «30 корпоративных лидеров
Казахстана», другие государственные документы Республики Казахстан.
Таким образом разработка новых теплоизоляционных материалов и изделий
позволит обеспечить снижение стоимости
строительства и повысить энергоэффективность зданий. При этом утилизации
зольных микросфер несомненно принесет положительный эффект при изготовлении
новых теплоизоляционных материалов, что в последствии способствует экономии
топливно-энергетических ресурсов при строительстве, модернизации и эксплуатации
социального арендного жилья. При этом, необходимо детальное исследование факторов,
влияющие на теплофизические свойства ценосфер (полых микросфер зол уноса) с учетом результатов накопленных в
последние годы.
Литература:
1. Горлов Ю.П., Меркин
А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник. М.:
Стройиздат, 1990
2. Бобров Ю. Л.,
Гранев В.В. Теплоизоляционные минераловатные материалы повышенной прочности в
современном строительстве: Учеб. пособие. — М.: МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1980.
3. Ананьев А.И.
Состояние нормативной бызы по проектированию долговечных энергоэкономичных
зданий. «Жилищное строительство», №4,1998, с. 18-21.
4. Иванов Г.С.
Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве, «Стены
фасады» Информационная бюллетень №3 (8), 2000, стр. 34-37
5. Байджанов Д.О., Нугужинов Ж.С., Федорченко В.И., Дивак Л.А.
Теплоизоляционные изделия на основе полых микросфер Атасуйской ГРЭС КарГТУ статья
6. Полые микросферы из зол уноса электростанций. Л.Д. Данилин, В.С. Дрожжин, М.Д.
Куваев и др. // Труды II Межд. научн. практ. конф. и спец. выст. «Экология в
энергетике – 2005», 19-21 октября 2005 г., Москва, Изд-во МЭИ, - М. С. 196 –
202.